DE2656076A1

DE2656076A1 - Stahllegierung mit verbesserter bestaendigkeit gegen insbesondere seewasserkorrosion und daraus zumindest teilweise gefertigte vorrichtungen bzw. einrichtungen

Info

Publication number: DE2656076A1
Application number: DE19762656076
Authority: DE
Inventors: Frederik Blekkenhorst; Everhardus Nagel Soepenberg
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Estel Hoogovens BV
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-06-23
Also published as: DE2656076B2; DE2656076C3; GB1505448A; FR2334760B1; FR2334760A1; AT366104B; NL7514497A; NL180683B; NL180683C; ATA913876A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Hoogovens IJmuiden B.V. Möhlstraße37

Umuiden, Niederlande D-8000München

TeL: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

1 0. DEZ. 1976

Stahllegierung mit verbesserter Beständigkeit gegen insbesondere Seewasserkorrosion und daraus zumindest teilweise gefertigte Vorrichtungen bzw. Einrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Stahllegierung mit verbesserter Beständigkeit gegen Korrosion, insbesondere in einer Seeoder MeerwasserUmgebung bei erhöhter Temperatur. Ferner betrifft die Erfindung eine Verdampfereinrichtung für Sole, insbesondere See- oder Meerwasser.

Mit zunehmendem Bedarf nach Verdampfereinrichtungen zur Gewinnung von Süßwasser aus See- oder Meerwasser, beispielsweise in mehrstufigen Entspannungsverdampfern, erhöht sich auch der Bedarf nach niedrig legierten Stählen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit. Diese Stahllegierungen gelangen vornehmlich in den verwendeten Tanks und Gefäßen zum Einsatz.

Wenn man üblichen Baustahl, beispielsweise Stahl No. 37» durch Stahllegierungen ersetzt, soll dadurch eine längere Haltbarkeit oder Lebensdauer der aus einer solchen Stahllegierung

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gefertigten Einrichtung gewährleistet werden. In diesem Falle soll die Verlängerung der Lebensdauer die zusätzlichen Kosten aufwiegen. Es ist beispielsweise bekannt, Stahllegierungen mit bis zu etwa 5 % Aluminium in Kombination mit etwa 5 bis 10 % Chrom zu verwenden. Es wurde nun nach Stahllegierungen gesucht, in denen das teure Chrom durch geringere Prozentmengen an anderen Legierungsbestandteilen ersetzt werden kann und deren Beständigkeit gegen das Auftreten Örtlicher Korrosionen verbessert ist. Aus der GB-PS 376 999 ist eine Stahllegierung bekannt, die neben einem erhöhten Gehalt an Aluminium I5 bis 21 % Chrom enthält. Diese bekannte Legierung ist ebenfalls für das beschriebene Applikationsgebiet viel zu teuer und gelangte aus diesem Zweck bisher noch nicht zum Einsatz.

Im allgemeinen ist eine Stahllegierung einfachem Baustahl, z.B. Stahl No. 37* nur dann überlegen, wenn die erreichbare Verringerung der Korrosionsgeschwindigkeit mindestens das Doppelte des Faktors, um den sich die Kosten der Stahllegierung gegenüber dem Baustahl erhöhen, beträgt.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß bei der Suche nach geeigneten Stahllegierungen die allgemeine Korrosion (ausgedrückt in mm/pro Jahr Dickeabnahme) ebenso bedeutsam ist wie der lokale Angriff der Oberfläche durch beispielsweise Lochfraß und Spaltkorrosion. So wurde insbesondere versucht, Stahllegierungen zu entwickeln, bei denen die Beständigkeit gegen beide Korrosionsarten verbessert ist.

Diese Aufgabe soll nun erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß sich in der betreffenden Umgebung, insbesondere in Anwesenheit einer Sole, eine stark haftende Schutzschicht

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aus Korrosionsprodukten bildet.

'Erfindungsgemäß wurde nun eine Stahllegierung entwickelt, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie neben Eisen 0,9 bis 7 Gew.^ Aluminium sowie mindestens einen der Legierungsbestandteile Co, Mo und Ti in folgenden Mengen:

0 < Co . i£ 5 Gew.-^ 0- < Mo. < 5 Gew.-^ 0 < Ti < 1,5 Gew.-%

sowie für niedriglegierte Stähle übliche Mengen an C, Mn, Si, P und S enthält.

Unter "üblichen Mengen" an den verschiedenen üblichen Legierungsbestandteilen sind:

C < 0,09 und vorzugsweise < Ο,θ4

Mn < 0,06

P < 0,05

S < 0,05

Si < 0,50 und vorzugsweise < 0,25

N < 0,005 und vorzugsweise < 0,003 zu verstehen.

In nahezu sämtlichen Stahllegierungen gemäß der Erfindung sind an den betreffenden Legierungsbestandteilen folgende Mengen enthalten:

C < 0,01

Mn 0,47 bis 0,58

P zwischen 0,01 und 0,038

S zwischen 0,005 und 0,01 und

Si zwischen 0,l8 und 0,25

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Besonders gute Ergebnisse erreicht man mit erfindungsgemäßen Legierungen, die zweckmäßigerweise 5 bis 6,7j vorzugsweise 6,0 bis 6,6 Gew.-% Al enthalten.

In Kombination mit der angegebenen Aluminiummenge leisten Kobalt und Molybdän einen erheblichen Beitrag zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Legierung. Die besten Ergebnisse erreicht man mit Legierungen, in denen die Elemente Co und Mo alleine oder zusammen in einer Menge von 1 bis 2,5 Gew.-^ enthalten sind.

Die Erfindung ist zwar vornehmlich mit Stahllegierungen des beschriebenen Typs befaßt, sie betrifft jedoch auch noch eine Verdampfereinrichtung für Sole, insbesondere See- oder Meerwasser, sofern deren Teile, die mit der Flüssigkeit in Berührung gelangen, mindestens teilweise aus einer Stahllegierung gemäß der Erfindung gefertigt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung in diesem Zusammenhang die Herstellung von gewalzten und in entsprechender Weise bearbeiteten Werkstücken aus einer der erfindungsgemäßen Stahllegierungen.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand einiger Beispiele näher erläutert. Hierbei werden eine Reihe von Stahllegierungen der später angegebenen Zusammensetzung, die teilweise unter die Erfindung fallen und teilweise zu Vergleichszwecken außerhalb der Erfindung liegen, hinsichtlich des Grades an allgemeiner Korrosion (ausgedrückt als Dickenverminderung in mm/Jahr), Lochfraß und Spaltkorrosion hin untersucht.

Im folgenden werden lediglich die Versuchsergebnisse bezüglich der allgemeinen Korrosion diskutiert* Weitere Unter-

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suchungen zeigten jedoch, daß sämtliche erfindungsgemäß zusammengesetztenStahllegierungen, die hinsichtlich der allgemeinen Korrosion die besten Eigenschaften zeigen, auch hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber örtlicher Korrosion den Vergleichslegierungen überlegen sind. Die Stahllegierungen wurden in einem dynamischen Kreislauf, in dem Flüssigkeit längs der Proben mit einer Geschwindigkeit von bis zu etwa 3 m/sec zirkulieren gelassen wurde,untersucht .Die Flüssigkeit besaß eine Zusammensetzung entsprechend dem Seewasser der US-Standardvorschrift ASTM D Il4l. Es wurden sowohl die Gesamtmenge (4OO Liter) an zirkulierendem Wasser als auch deren Zusammensetzung genau konstant gehalten.

Aus Vorversuchen ergab sich, daß man repräsentative Ergebnisse erhält, wenn das Seewasser bei einer Temperatur von 95°C etwa 700 h lang mit einer Geschwindigkeit zwischen 2,2 und 3,0 m/sec zirkulieren gelassen wird und das V/asser einen pH-Wert von 7+0,2 sowie eine Sauerstoffkonzentration von etwa 50 Teile pro Billion Teile aufweist.

In der folgenden Tabelle I ist die jeweilige chemische Zusammensetzung der untersuchten Stahllegierungen mit wechselnden Gehalten an Al, Ti, Co und Mo in Kombination mit einem Grundstahl, der in einzelnen Legierungen hinsichtlich seiner Zusammensetzung weitestgehend angenähert ist und der, mit Ausnahme des Kohlenstoffgehalts, auch dem Stahl 37*2 (Grundstahl mit den Elementen Eisen, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel und Silizium) weitestgehend entspricht, angegeben:

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TABELLE I

Legierung C Mn P S Si Al Ti Co Mo Fe

23

25

S ²⁶

co 27

ro

cn 28

» 36

co 40

42 46

47 52 53 57

0,01	0,50	0,032	0,011	0,19	2,8	--	-	-	Rest	ti
0,01	0,51	0,032	0,011	0,20	o,o4	0,53	-	-	tt	tt
0,01	0,49	0,033	0,015	0,21	o,o4	-	-	2,3	I!	tt
0,01	0,50	^0,01	0,006	0,18	0,06	1,6	-	-	It	It
0,01	0,50	<C0,01	0,008	0,20	0,06	3,1	-	-	tt	11
0,01	0,50	<0,01	0,008	0,18	0,05	-	2,8	-	ti	ti
0,01	0,49	<Co,oi	0,005	0,19	0,05	-	5,3	-	ti
0,01	0,47	<0,01	0,011	0,20	o,o4	-	-	4,1	11
0,01	o,54	^0,01	o,oo4	0,22	5,3	-	-	-	tt
0,01	o,53	0,020	0,010	0,22	6,50	0,58	-	-	tt f
0,01	0,53	0,030	0,007	0,20	6,20	0,52	-	1,05	" Οβ
0,01	0,51	0,030	0,010	0,23	6,30	1,20	-	1,82	X
0,01	0,55	0,036	0,009	0,24	6,47	0,50	1,08	-
0,01	0,55	0,038	0,011	0,25	6,26	1,01	1,05	1,18
0,01	0,55	0,038	0,010	0,25	6,57	-	1,03	2,30
0,01	0,57	0,037	0,009	0,25	6,29	1,18	2,03	-
0,01	0,55	0,038	0,010	0,23	6,47	-	2,11	1,13
0,01	0,58	0,036	0,010	0,25	6,02	0,64	2,12	2,04

Ki cn un CD

Die Legierungen 1 bis 28 werden gleichzeitig mit einem Vergleichsstahl 37j2 in einem geschlossenen System unter den angegebenen Bedingungen einem dynamischen Korrosionstest unterworfen. In entsprechenderweise werden auch die Legierungen bis 57 gleichzeitig mit einem Vergleichsstahl 37*2 unter entsprechenden Bedingungen getestet. Bei dieser Testreihe wird der Korrosionsgrad des Vergleichsstahl mit 100 angesetzt. Die Abnahme der Dicke der anderen Legierungen aus demselben Test wird als prozentuale Abnahme der Dicke des Vergleichsstahls angegeben. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle

Legierung	Abnahme der Dicke in % bezogen auf den Vergleichsstahl	Legierung	Abnahme der Dicke in % be zogen auf den Vergleichsstahl
1	69	33	39
2	l4o	36	50
3	99	4o	56
23	l4o	42	43
24	141	46	55
25	143	47	•31
26	146	52	55
27	174	53	26
28	80	57	49
Stahl 37,2	100 (0,70 mm/Jahr)	Stahl 37i	,2 100 (0,13 mm/J

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—θ- -

Es sei darauf hingewiesen, daß die Versuche mit ISO χ 28 χ 2 großen streifenförmigen Prüflingen durchgeführt wurden. Diese streifenförmigen Prüflinge befanden sich in Behältern entweder Silikonkautschuk oder Teflon. Bevor die streifenförmigen Prüflinge dem Korrosionstest unterworfen wurden, wurden sie zunächst geschliffen, mit SiC-Papier No. 80 und No. 320 poliert und dann geätzt. Das Ätzen erfolgt während ) h in einer Lösung von 300 gr FeCl-,.6H₂O in 100 ml Wasser. Nach dem Ätzen wurden die streifenförmigen Prüflinge mit entionisiertem Wasser gewaschen, mit Äthanol entfettet und schließlich an Luft getrocknet. Aus Tabelle II geht hervor, daß die Anwesenheit lediglich eines der Legierungsbestandteile Ti, Co oder Mo keinen oder kaum einen günstigen Einfluß auf die Korrosionsbeständigkeit ausübt, wenn der prozentuale Aluminiumgehalt niedrig ist (vgl. Legierungen 2, 3, 23, 24, 25, 26 und 27).

Die mit den Prüflingen 1 und 28 erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß bei höherem Gehalt an Aluminium als üblich bereits eine geringe Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit festzustellen ist. Diese Verbesserung ist jedoch nicht proportional zur Erhöhung des Aluminiumanteils. Bei einer mikroskopischen Untersuchung auf Lochfraß und Spaltkorrosion zeigte es sich jedoch, daß die einen erhöhten Aluminiumgehalt aufvreisenden Prüflinge gegenüber dieser Art Korrosion weniger empfindlich bzw. anfällig sind als der Vergleichsstahl. Der molybdänhaltige Prüfling 3j der im Vergleich zu dem Vergleichsstahl bezüglich der allgemeinen Korrosion kaum verbessert ist, war, wie eine mikroskopische Prüfung zeigte, gegenüber Lochfraß stark empfindlich. Dasselbe zeigte sich noch stärker bei der einen erhöhten Molybdängehalt aufweisenden Stahllegierung Obwohl die Beständigkeit der kobalthaltigen Stähle 25 und 2β gegenüber allgemeiner Korrosion bereits schlecht ist, hat es sich darüber hinaus auch noch gezeigt, daß deren Beständig-

+) aus _₉_

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keit gegen Spaltkorrosion sehr schlecht ist.

Die mit den Prüflingen 1 und 2δ erzielten Ergebnisse legen die Vermutung nicht nahe, daß innerhalb des getesteten Bereichs eine Erhöhung lediglich des Aluminiumgehalts zu einem v/eit besseren Korrosionsverhalten führt.

Aus den mit den Prüflingen 2 bis 27 erreichten Versuchsergebnissen läßt sich sicher kein Schluß darauf ziehen, daß eine geringere Zulegierung der Elemente Titan, Kobalt oder Molybdän zu einer weit besseren Korrosionsbeständigkeit führt (vgl. Prüflinge 53 bis 57)· Der positive Effekt des Zulegierens von etwa 6 bis 6,5 Gew.-^ Aluminium in Kombination mit mindestens einem Legierungsbestandteil Titan, Kobalt und Molybdän, zu dem Grundstahl ergibt sich klar und deutlich aus der Tabelle II. Insbesondere die titanfreien Prüflinge 47 und 53 zeigen eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion. Bei diesen Prüflingen fanden sich praktisch auch keine Anzeichen für einen Lochfraß oder eine Spaltkorrosion.

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Claims

Patentansprüche

fly Stahllegierung verbesserter Beständigkeit insbesondere gegen Seewasserkorrosion vornehmlich bei höheren Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Eisen 0,9 bis 7 Gew.# Aluminium, mindestens einen weiteren Legierungs bestandteil, bestehend aus Co, Mo und Ti in einer Menge von:

0 <!Co έ- 5 Gew.% 0 £Mo < 5 Gew.% 0 <Ti < 1,5 Gew.%

und für niedrig legierte Stähle übliche Mengen an C, Mn, Si P und S enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 6,7, vorzugsweise 6,0 bis 6,6 Gew.# Al enthält.
3. Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Co und/oder Mo jeweils in einer Menge von 1 bis 2,5 Gew.% enthält.

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OftiGlNAL INSPECTED

Vorrichtung, insbesondere Verdampfer für Sole, wie See- oder Meerwasser, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile, die mit der Flüssigkeit in Berührung gelangen, mindestens teilweise aus einer Stahllegierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bestehen.

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